新型外切几丁质酶CtChi70的鉴定与功能解析：高纯度N-乙酰壳二糖的高效生物合成

本文推荐一篇关于几丁质酶高效转化的研究。团队通过生物信息学挖掘发现新型外切几丁质酶CtChi70（GH18家族），可在pH 5.0、45?°C下降解几丁质，直接生成高纯度（≥98%）N-乙酰壳二糖（(GlcNAc)?）。该酶具有广泛的pH稳定性（4.0–12.0）与高产物特异性，为几丁质资源化利用及功能性寡糖的绿色制造提供优异生物催化剂。

　　

Highlight

本研究通过结构信息驱动的计算筛选策略，成功挖掘出来自Caldicellulosiruptor物种的一种推定外切几丁质酶——CtChi70，其展现出优异的(GlcNAc)?选择性生产潜力。生化表征结果证实该酶具有高活性、广泛的pH稳定性以及对(GlcNAc)?的卓越选择性。时间进程分析显示，在反应早期（24小时内），(GlcNAc)?是主要产物，而延长孵育时间则会逐渐消耗(GlcNAc)?并伴随N-乙酰葡萄糖胺（GlcNAc）的积累。这一动态模式提示，CtChi70可能具备双重活性：初始阶段作为外切几丁质酶（exochitinase）发挥作用，随后通过类似β-N-乙酰葡萄糖苷酶（β-N-acetylglucosaminidase, NAGase）的活性将(GlcNAc)?进一步水解为单体。

这些结果突显了结构信息生物信息学方法在指导酶发现与优化中的实用价值。CtChi70所表现出的双重活性可能为根据不同反应条件定制寡糖生产提供灵活性，其强大的催化性能与底物可及性也使其成为高效几丁质生物转化的理想生物催化剂。

Bioinformatic identification and sequence features of CtChi70

我们以PbChi70为查询序列，在EnzymeMiner平台中检索，并指定保守催化残基（Y48、F76、D199、D201、E203、M276、Y278、D279、Y337和W432）作为设定残基，以指导几丁质酶的挖掘。随后我们将该参考信息提交至EnzymeMiner，以挖掘具有类似催化特征的新型外切几丁质酶。我们初步筛选GH18家族蛋白时采用两条标准：序列长度（400–800个氨基酸，这是典型正确折叠且具有功能活性的几丁质酶的长度范围）以及是否存在GH18家族特异性催化模体。最终我们从Caldicellulosiruptor thermocellum中鉴定出CtChi70，其与PbChi70的序列一致性达67.8%，系统发育分析也显示其与已知外切几丁质酶聚类在一起。

Conclusion

在本研究中，我们通过生物信息学挖掘成功鉴定出CtChi70作为一种高效GH18外切几丁质酶。该酶在大肠杆菌中成功表达，并在温和酸性条件与中等温度下表现出最佳酶活，同时具备广泛的pH稳定性。重要的是，CtChi70能够直接将几丁质粉末转化为高纯度的(GlcNAc)?，这使其成为工业应用中极具潜力的候选酶。尽管结果令人鼓舞，但仍存在一些问题……